energía eólica - agencia andaluza de la energía · pdf...
TRANSCRIPT
Energías Renovables
Energía EólicaGuía Técnica
Fo
tog
rafí
a:
Min
iste
rio
de
Ed
uc
ac
ión
y C
ien
cia
INTRODUCCIÓN
El objetivo de esta guía técnica es proporcionaruna idea del potencial eólico de unemplazamiento idóneo donde ubicar unaerogenerador y estimar su producción,estando especialmente dirigida a instaladores yusuarios de energía minieólica.
Los resultados presentados son estimaciones teóricasque, bien aprovechados, reducirá mucho el coste deevaluación del recurso eólico. Sin embargo, comoestimaciones que son, no representan unagarantía sobre la producción eólica.
Guía Técnica: Energía Eólica
2
Guía Técnica: Energía Eólica
El VIENTO
En palabras muy generales el viento es el resultado del flujo de aire entre zonascon presiones de aire distintas, que se calientan debido a la incidencia de radiaciónsolar, así, la energía eólica es energía solar convertida en energía eólica.
La forma en que aparece el viento (velocidad, dirección, turbulencia,...) es complicadade predecir debido a que depende de distintos factores globales y locales: rotaciónde la tierra, posición de la luna, diferencia de temperaturas global y local, orografíade terreno, rugosidad de la superficie, obstáculos, etc.
Sólo estudios y observaciones exhaustivos, gracias a la cada vez mayor potencia delos ordenadores y los métodos estadísticos, son capaces de acercarnos a valoresreales. Con estos modelos de datos se puede intentar estimar el potencial eólico enun emplazamiento concreto.
En esta guía nos limitaremos a tener en cuenta los fenómenos locales para elegir elemplazamiento óptimo.
PASOS DE EVALUACIÓN PARA UN EMPLAZAMIENTODE UN AEROGENERADOR
1) Conseguir datos de viento fiables (Rosa de los Vientos)2) Reconocimiento de la orografía, obstáculos y rugosidad del terreno3) Altura de montaje4) Elección del emplazamiento5) Dimensionado y estimación de producción
3
El aire calienteAsciende
TierraOcéano
Brisadel Mar
El aire fríoDesciende
El aire fríoDesciende
TierraOcéano
Brisa deTierra
El aire calienteAsciende
Guía Técnica: Energía Eólica
DATOS DEL VIENTO
Los datos principales del viento son los de la velocidad expresado en metros porsegundos [m/s] y los de la dirección en grados [º].
La Rosa de los Vientos es esencial para determinar el emplazamientode la instalación.
Rosa de los Vientos de Procedencia
Su utilidad principal radica en que proporcionala dirección o direcciones principales con sufrecuencia en un diagrama circular delpermitiendo así ubicar el aerogenerador en elsitio idóneo. En el ejemplo, la direccióndominante es NNE, orientación que se debemantener libre de obstáculos.
Rosa de los Vientos de Potencia
En caso de que no se distinga claramente el viento dominante, se utiliza además undiagrama que muestra las direcciones principales de máxima potencia, siendo lapotencia proporcional al cubo de la velocidad del viento.
En este caso, a pesar de que existen dos direcciones de viento dominantes, NNEy SE, es esta última la que proporciona mayor potencia con diferencia.
No obstante, se deberá tener en cuenta la dirección NNE en la ubicación final delaerogenerador.
4
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
200
400
600
800
1000
5,0
10,0
15,0
Rosa de los VientosProcedencia [%]
Rosa de los VientosPotencia [W/m²]
Guía Técnica: Energía Eólica
OROGRAFÍA
Los accidentes del terreno suaves como colinas o vaguadas influyen positivamenteen la aceleración local del viento. Por ejemplo, una colina de pendiente suave acelerael viento a lo largo de la pendiente dándose la máxima velocidad en la cimade la loma.
En cambio, un accidente abrupto disipa la energía del viento debido las turbulenciasgeneradas. Un acantilado no conviene para instalar un aerogenerador.
5
No apropiado:Turbulencias en la partesuperior e inferior deacantilados y cimasangulosas.
Apropiado:Efecto aceleración sobrecolinas suaves.
TURBULENCIA
NONO
SISI
Guía Técnica: Energía Eólica
OBSTÁCULOS
En la mayoría de casos los obstáculos son edificios y árboles que desvíanel viento y producen turbulencias, por lo que deben ser tenidos en cuenta y evitadosal buscar la mejor ubicación.
Hay dos tipos de obstáculos, los que dejan pasar partes del viento (porosos) y losque no (no porosos).
Obstáculos porosos
Como arbustos, árboles, verjas, vallas, torres de celosía e incluso otros aerogeneradores.En la práctica, y si es imposible evitarlos, se aconseja instalar el aerogeneradora entre 7 y 10 veces el diámetro del obstáculo.
Obstáculos no porosos
Por ejemplo casas, muros y vallas o densas arboladas que no dejan pasar el vientoy crean fuertes turbulencias. Es muy aconsejable instalar el aerogenerador abarlovento del obstáculo (por delante).
6
d 7 a 10 x d 7 a 10 x d
d
NONO SISI
Guía Técnica: Energía Eólica
RUGOSIDAD Y PERFIL DEL VIENTO
La rugosidad del terreno determina comoaumenta la velocidad del viento con la alturarespecto al suelo. Como se observa, hay unarelación logarítmica entre la rugosidad y lavelocidad del viento con perfiles de vientodistintos para cada suelo.
Por ello, en general, la velocidad delviento aumenta con la altura. Además,el perfil de velocidad de viento se pronunciamás con el aumento de la rugosidaddel suelo y la velocidad disminuye.
La rugosidad mínima, o de clase 0 se da enmedios acuáticos como el mar, mientras quela muy notable de clase 3 implica cercaníasde bosques, áreas urbanas, etc.
ALTURA DE MONTAJE
Como altura de montaje se entiende la altura del buje desde el suelo.
Es aconsejable tomar una altura de buje mínima de 10 metros, contandodesde la altura de desplazamiento. La altura de desplazamiento se toma encuenta siempre y cuando el aerogenerador está montado dentro de un área devegetación específica y suele coincidir con la mitad de la altura media de lavegetación circundante excepto si se trata de vegetación muy densay poco porosa, en cuyo caso se tomará la altura total de la vegetación(p.e. árboles).
7
0
10
20
30
40
50
60
2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
Altu
ra [m
]
Velocidad del viento [m/s]
Bosques Hierbas sin cortar
Hierba cortadaPastos y Matorrales
Alturadel Buje
Suelo
Guía Técnica: Energía Eólica
EMPLAZAMIENTO
Para optimizar el rendimiento del aerogenerador, y prolongar su vida útil, elemplazamiento debe estar bien expuesto al viento y contar con un bajo grado deturbulencias (poca rugosidad).
Se ha demostrado que es poco aconsejable los emplazamientos urbanos(muy rugosos) excepto en edificios altos o zonas periurbanas.
En cuanto a la alineación de varios aerogeneradores, es preferible agruparlos en unahilera perpendicular a la dirección principal del viento.
DIMENSIONADO Y ESTIMACIÓN DE LAPRODUCCIÓN
Para la estimación de la producción de un aerogenerador, es importante que la alturade medición del viento coincida con la altura de montaje del aerogenerador.
Como herramientas matemáticas auxiliares es preciso obtener previamente:
8
10m10m
10m
mitad dela copa1 ó 2m
CAMPODE CULTIVO
ÁRBOLAISLADO BOSQUE
Guía Técnica: Energía Eólica
1) Curva de potencia del aerogenerador proporcionada por el fabricante,si es posible certificado según norma UNE-EN 61.400-12.
2) Distribución de viento al menos en un año tipo.
3) Plano o croquis del entorno del emplazamiento del aerogeneradorcon expresión de la rugosidad.
9
VELOCIDAD DEL VIENTO (m/s)
PO
TE
NC
IA G
EN
ER
AD
A (
kW
) 20
16
12
8
4
00 2511 13 15 17 19 21 231 3 5 7 9
La curva de potencia de un aerogenerador nos indica a qué velocidaddel viento produce el aerogenerador una potencia determinada.
Expresa con qué frecuencia sopla el viento en un rango de velocidad determinado.
PR
OB
AB
ILID
AD
VELOCIDAD DEL VIENTO (m/s)
14%
12%
10%
8%
6%
4%
2%
0%1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Distribución de Weibull (2.09, 7.5)
Distribución de Datos
Las barras representan datos del vientomedidos sobre un periodo limitado (un,dos o más años). La experiencia muestraque a largo plazo se acerca a una curva(estadística) que se denomina "Weibull".
Guía Técnica: Energía Eólica
Metodología de cálculo de la producción:
Se elabora una tabla que combina la distribución probabilística del viento (curvaWeibull) junto con la curva de potencia, ambos parámetros en función de la velocidaddel viento. Emparejando los datos sucesivamente para cada rango, y sabiendo queun año tipo tiene 8.760 horas, se obtiene en este caso la siguiente tabla:
De esta producción estimada habrá que deducir un 5% para el cumplimiento con lacurva de potencia.
10
1 (0m/s…1m/s) 3 263 0 0
2 (1…2) 8 701 0 0
3 (2…3) 13 1.139 0 0
4 (3…4) 15 1.314 1 1.314
5 (4…5) 13 1.139 2,5 2.848
6 (5…6) 12 1.051 3 3.153
7 (6…7) 10 876 5 4.380
8 (7…8) 7 613 7 4.291
9 (8…9) 6 526 10,5 5.523
10 (9…10) 4 350 13,5 4.725
11 (10…11) 3 263 15 3.945
12 (11…12) 2 175 15,5 2.713
13 (12…13) 2 175 16 2.800
14 (13…14) 1 88 16 1.408
15 (14…15) 1 88 16 1.408
SUMA de PRODUCCIÓN (kWh) 38.508
RANGO % Horas PotenciaDiagrama [kW]
Producción[kWh]
Guía Técnica: Energía Eólica
Si las todas las direcciones están libres de obstáculos o sí se ha logradotomar medidas en el emplazamiento exacto del aerogenerador, se deduce ademásun 15% como margen de seguridad y para tener en cuenta la fluctuación anual delviento. En nuestro ejemplo quedaría:
En el caso de obtener la medición del viento en un punto de referenciaque no es el emplazamiento del aerogenerador, se debe tomar en cuenta la rugosidaddel terreno y los obstáculos (en los mayores casos), para lo que aplicaremos unmargen de seguridad adicional del 25%. Por tanto:
TIPOS DE INSTALACIONES EÓLICAS
Las instalaciones eólicas se pueden clasificar en aisladas de la red eléctrica oconectadas a ella. Entre ellas existen instalaciones mixtas eólica-fotovoltaica, algunascon un equipo auxiliar.
Instalación aislada mixta eólica-fotovoltaica con generador auxiliar
11
38.508 kWh x (1 - 0,05) x (1 -0,15) = 31.095 kWh
38.508 kWh x (1 - 0,05) x (1 - 0,15) x (1 - 0,25) = 23.321 kWh
TurbinaEólica
Baterías
MódulosFotovoltaicos
Generador
CC/CARegulacióny Conversión
Guía Técnica: Energía Eólica
Instalación eólica conectada a la red
COSTES ORIENTATIVOS DE UNA INSTALACIÓNAISLADA
En general, el peso de las partidas en una instalación aislada es el que sigue:
12
Aerogenerador 27%
Baterías 31%
Regulador 4%
Inversor 28%
Instalación 10%
TurbinaEólica
ConvertidorCorrienteAlterna
Contador
Guía Técnica: Energía Eólica
MÁS INFORMACIÓN
Rodríguez J.L. et alt.
Sistemas eólicos de producción de energía eléctricaEditorial Rueda.
Ammonit
Medición de Vientowww.ecosem.es/pdf/ammonit.pdf
Agencia Andaluza de la Energía
www.agenciaandaluzadelaenergia.es
13
C/ Isaac Newton, nº 6. 41092. SevillaTlf: 954 78 63 35 - Fax: 954 78 63 35www.agenciaandaluzadelaenergia.es